优化教材图形 破解能量流动难点

安徽 江升霞 王 军

生态系统的能量流动是高考的高频考点。能量流动的过程和特点是这部分内容的重点和难点，课本主要通过能量流动过程图来进行阐述，全国卷对能量流动内容的考查也常以图为载体。在复习备考的最后阶段，教师要引导学生进一步回归教材，本文结合教材，对能量流动图进行优化处理，解决该部分的知识难点。

一、三图归一，洞悉过程本质

图1源自人教版教材必修3第94页的图5-7，也是学生最熟悉、最易理解的图，除最高营养级外，每个营养级的能量均有一个来源三个去向，故此图又称“一来三去图”。若仅止步于此，学生对该部分知识的掌握程度是远远不够的，教师可以对此图做优化处理，见图1。

图1 生态系统能量流动示意图

（一）设置问题串，加深理解

图1是食物链中能量流动的直接反映，也可以反映生态系统中能量流动情况，结合本节标题，可以针对生态系统的能量流动概念进行归类性设问。

（1）表示该生态系统能量输入、传递、转化、散失的箭头分别是哪些？

（2）该生态系统能量输入的总量、形式、过程分别是什么？

（3）该生态系统能量传递的途径、形式分别是什么？

（4）该生态系统能量以哪些形式进行转化？

（5）该生态系统能量散失的过程、形式分别是什么？

（二）文图转换，过程细化、可视化

图1是整个食物链中的能量流动情况，那么具体到生产者，其能量的来源和去向又如何呢？教师可以在图1的基础上，请学生做两件事情：首先，用二分法把人教版教材必修3第94页第二段文字转换成图（如图2），此图中生产者同化量有一个来源两个去向，故此图又称“一来二去图”。然后，请学生把图1中的箭头标号①～⑥在图2中做对应标记，使学生明白随残枝败叶等被分解者分解而释放出来的那部分能量、流入下一个营养级的那部分能量都属于能量储存，它们是能量储存之后的进一步细分。

图2 能量流经生产者示意图

（三）适当补图，前后连贯

消费者的能量流动情况与生产者有所区别，所以人教版教材必修3第94页安排了图5-6，此图较为复杂，学生容易混乱。鉴于此种情况，在教材图5-6的基础上可以做些补充（如图3），添加次级消费者的粪便、同化。为了让学生理清能量的各种去向，可以请学生把图1中的箭头标号①～⑥在图3做对应标记，从而达到融会贯通的效果。

在此基础上，明确相关概念的关系：

消费者摄入能量＝消费者同化能量＋粪便中能量，即动物粪便中的能量不属于该营养级同化能量，应为上一个营养级固定或同化能量。

消费者同化能量＝呼吸消耗的能量＋用于生长、发育和繁殖的能量。

生长、发育和繁殖的能量＝分解者利用的能量＋下一营养级同化的能量。

图3 能量流经第二营养级示意图

二、图表对比，定量体现异同

人教版教材必修3第95页中的图5-8是定量分析图，除最高营养级外，每个营养级的能量有一个来源和四个去向，故该图可称为“一来四去图”（如图4）。多出来的一个去向——“未利用”是指在一定时间内能量未被利用，若无时间限制，其最终仍会被利用，此部分能量也是能量储存之后的进一步细分，所以最终去向是流向下一营养级或分解者。对此图的优化处理可以从以下两方面着手。

首先，与“二来四去图”做比较。教学中，往往以自然生态系统作为研究对象，而在现实生活中，存在着大量的人工生态系统，如鱼塘、农场等，为了尽快恢复该生态系统的结构和功能，往往需要人工添加部分的能量物质，所以输入该生态系统的能量多了一条途径，故该图称为“二来四去图”（如图5）。学生在分析这些人工生态系统能量流动时，对某营养级的同化量，以及两个营养级之间的能量传递效率感到困惑，关键在于是否应该把人工添加的能量输入计算在内。上一营养级生物能够流向下一营养级生物的能量，除来自其上一营养级生物，还包括人工添加物质中的同化能量。因此，对于这样的人工生态系统而言，能量传递效率 = 下一营养级生物同化上一营养级生物的能量（不包括人工输入下一营养级的能量）÷上一营养级生物同化能量（来自于上一营养级和人工输入的能量）。

图4 赛达伯格湖的能量流动图解

图5 人工鱼塘生态系统能量流动图

其次，设计以下表格（表1），让学生分别根据图4、图5来填写，通过这种定量的计算分析两种生态系统中能量流动的区别。

表1 生态系统能量流动定量分析表

三、一图多变，进行迁移应用

能量流动具有复杂性，由于描述角度的不同，绘制的能量流动图会多种多样，教师在帮助学生把握住以上本质问题后，应该再展示多种变式图训练学生的分析能力。比如：图6可以认为是“一来二去图”的一种变式，其中蜘蛛的摄入量为7.93 g，同化量为7.3 g，X为用于生长发育繁殖的能量。这样优化处理可以进一步加强学生的迁移应用能力。

图6 “一来二去图”变式图

四、化繁为简，拔高立足点

如果只是对以上各图进行分析，会有就图说图之嫌，教师可以对人教版教材必修3第93页的图进行优化（如图7）。图中X可以认为是个体，也可以认为是种群、群落、生态系统。在一定时间范围内（比如一年），个体的能量输入如果大于能量散失，则有能量储存，个体则表现为生长，但在个体衰老时，会有能量输入小于能量散失。群落演替过程中，由裸岩阶段演替到森林阶段的过程中，输入群落的能量大于群落散失能量，群落中有机物在积累，当演替到顶极群落时，输入群落的能量等于群落散失的能量，生态系统的演替过程中也有类似的变化。不论何种情况，个体、种群、群落、生态系统作为一个生命系统，均有能量的来源和去向问题，均遵循能量守恒定律。教师立足点的高低，直接影响学生对知识的理解。

图7 能量流动简化图

以上四个方面，对能量流动过程的理解由繁至简，再由简至繁，尤如读书时把书“读薄”再“读厚”，从而在紧扣教材的同时，抓住能量流动的本质，并灵活解决不同生态系统的能量流动问题，破解能量流动难点。